[论文解读] Pa$\beta$, H$\alpha$, and Attenuation in NGC 5194 and NGC 6946

Sarah Kessler, Adam K. Leroy+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 84被引用 12

一句话总结

本研究结合哈勃空间望远镜Paβ成像与地面Hα地图，测量了面朝向旋涡星系NGC 5194和NGC 6946中的尘埃消光（A(Hα)）。通过Paβ/Hα线对比率和消光律，计算了约2,000个2′′孔径内的A(Hα)，揭示了消光的径向衰减特征，并表明红外与Hα颜色以及气体柱密度是A(Hα)的强预测因子，尘气比约为银河系值的0.2倍，暗示尘埃与Hα发射区存在部分重叠。

ABSTRACT

We combine Hubble Space Telescope (HST) Paschen $\beta$ (Pa$\beta$) imaging with ground-based, previously published H$\alpha$ maps to estimate the attenuation affecting H$\alpha$, A(H$\alpha$), across the nearby, face-on galaxies NGC 5194 and NGC 6946. We estimate A(H$\alpha$) in ~ 2,000 independent 2" ~75 pc diameter apertures in each galaxy, spanning out to a galactocentric radius of almost 10 kpc. In both galaxies, A(H$\alpha$) drops with radius, with a bright, high attenuation inner region, though in detail the profiles differ between the two galaxies. Regions with the highest attenuation-corrected H$\alpha$ luminosity show the highest attenuation, but the observed H$\alpha$ luminosity of a region is not a good predictor of attenuation in our data. Consistent with much previous work, the IR-to-H$\alpha$ color does a good job of predicting A(H$\alpha$). We calculate the best-fit empirical coefficients for use combining H$\alpha$ with 8, 12, 24, 70, or 100 $\mu$m to correct for attenuation. These agree well with previous work but we also measure significant scatter around each of these linear relations. The local atomic plus molecular gas column density, N(H), also predicts A(H$\alpha$) well. We show that a screen with magnitude ~ 0.2 times the expected for a Milky Way gas-to-dust value does a reasonable job of explaining A(H$\alpha$) as a function of N(H). This could be expected if only ~ 40% of gas and dust directly overlap regions of H$\alpha$ emission.

研究动机与目标

• 利用Paβ和Hα复合线测量两个邻近面朝向旋涡星系NGC 5194和NGC 6946的盘面中尘埃消光（A(Hα)）。
• 检验红外与Hα颜色及气体柱密度作为A(Hα)在空间分辨区域中预测因子的可靠性。
• 通过比较A(Hα)与局部气体及红外性质，评估尘埃与气体相对于Hα发射HII区的几何关系。
• 通过多波段数据提供经验校准，改进星暴率（SFR）估计中的消光修正。

提出的方法

• 获取了新的HST/WFC3 Paβ窄带成像，并与NGC 5194和NGC 6946的档案地面Hα地图相结合。
• 在两个星系中放置了约2,000个独立的2′′直径孔径，以测量空间分辨区域中的Paβ和Hα流量。
• 利用Case B复合中的理论Paβ/Hα线对比率和Cardelli等（1989）消光律计算A(Hα)。
• 通过消光律将Schlegel & Finkbeiner（2011）提供的AV估计值转换为A(Hα)和A(Paβ)，并校正银河系前景消光。
• 通过OFF波段图像进行经验校准，最小化恒星光仅区域中的残差，以推导β比例因子。
• 通过改变ON/OFF比值进行蒙特卡洛误差分析，量化Paβ流量和A(Hα)估计值的不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 5194和NGC 6946的盘面中尘埃消光（A(Hα)）如何变化？其径向分布特征如何？
• RQ2 在空间分辨的星系区域中，红外与Hα颜色或局部气体柱密度在多大程度上能预测A(Hα)？
• RQ3 当将A(Hα)作为N(H)的函数进行拟合时，其隐含的尘气比相对于银河系如何？这关于尘埃-气体几何关系意味着什么？
• RQ4 基于红外或气体柱密度的标准消光修正方法在这些高空间分辨率、空间分辨的观测中表现如何？

主要发现

• 在NGC 5194和NGC 6946中，A(Hα)随星系中心半径增加而减小，高消光区域集中于内盘区域。
• 最高消光校正Hα光度区域的A(Hα)也最高，但仅凭观测Hα光度无法良好预测消光。
• 红外与Hα颜色是A(Hα)的良好预测因子，8、12、24、70和100 µm波段的最佳拟合系数与先前研究一致，但存在显著离散度。
• 局部原子与分子气体柱密度（N(H)）能良好预测A(Hα)，表明HII区中气体与尘埃之间存在紧密关联。
• 采用光学深度约为银河系值0.2倍的尘埃屏模型（在相同N(H)下）能良好拟合数据，暗示仅约40%的气体与尘埃直接与Hα发射区重叠。
• 经验Paβ流量校准的整体不确定性约为8–9%，额外的离散度来自连续谱减除和测光误差。